Empa Quarterly LES TRANSPORTS DE DEMAIN - FOCUS
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Empa Quarterly
RECHERCHE & INNOVATION II #74 II DÉCEMBRE 2021
FOCUS
LES TRANSPORTS DE DEMAIN
DES TUNNELS LONGS
DES MOTEURS CHAUDS
DES STRATÈGES FROIDS
www.empaquarterly.ch
[ ÉDITORIAL ]
[ CONTENT ]
[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ]
L’HOMME
EN MOUVEMENT
[ FOCUS ] [ THÈMES ] [ RUBRIQUES ] Chère lectrice,
cher lecteur,
08 TUNNEL 21 MEDTECH 04 LA PHOTO
Deuxième place pour Un patch dose les Nous vivons une époque
les forêts Swissloop remèdes 06 BRIÈVEMENT mouvementée. La mobilité,
tant des personnes que des
12 MOTEUR 24 EMBALLAGES 31 ZUKUNFTSFONDS biens, n’a jamais été aussi
Dernier tour de piste pour Un couché cellulosique grande qu’à l’heure de la mondialisation, abs-
le moteur thermique durable pour les fruits 34 EN ROUTE traction faite des restrictions imposées par co-
rona. Et cela ne devrait guère changer à l’avenir.
16 AVION 26 ISOLATION
Surveiller les fissures L’aérogel amincit les Il s’agit donc de développer de nouveaux
dans les jets bâtiments concepts et de nouvelles idées sur la manière
dont nous pouvons gérer ce flux accru de per-
18 TRAIN 28 CLIMAT sonnes et de marchandises de manière rapide
Des rails plus silencieux Un jeu de cartes entraîne et efficace, mais aussi écologique et sûre. Le
les décideurs fondateur de Tesla, Elon Musk, mise par
20 ROUTE exemple sur l’Hyperloop, un système
Qu’apporte la limitation 32 ENVIRONNEMENT de tunnels sans air dans lesquels des
32 de vitesse à 30 km/h? Des nanoplastiques dans capsules – des «pods» – transportent des
la neige personnes et des marchandises de A à B, plus
rapidement que par avion. Mais pour cela, il
faut d’abord fabriquer les tubes sous vide pour
les pods. «Swissloop Tunneling», une équipe de
l’ETH Zurich basée à l’Empa, a convaincu lors
[ COUVERCLE ] [ IMPRESSUM ] de la «Not-A-Boring-Competition» à Las Vegas
Des voitures électriques
comme métro bon ÉDITEUR: Empa avec son appareil de forage innovant «Ground-
marché? Une Tesla
autopropulsée roule dans Überlandstrasse 129 hog Alpha» (p. 8). Et leurs collègues de l’équipe
le tunnel Hawthorne,
construit en 2018 par 8600 Dübendorf, Schweiz «Swissloop» ont présenté presque simultané-
la «Boring Company»
d’Elon Musk. En avril www.empa.ch ment leur pod flottant flambant neuf «Simon
2021, Musk a inauguré
la première installation RÉDACTION: Empa Kommunikation Ammann», en présence du «parrain» (p. 11).
commerciale : le LVCC
Loop sous Las Vegas se DIRECTION ARTISTIQUE:
08 16
compose de 2,7 km de
tubes de tunnel et de
trois arrêts.
PAUL AND CAT.
www.paul-and-cat.com
Mais les chercheurs de l’Empa veulent aussi
continuer à améliorer des technologies bien
Photo : KEYSTONE/EPA
AFP POOL /Robyn Beck
Photos: ZAMG / SBO, Airbus, Swisslooptunneling, Empa
CONTACT: Tél. +41 58 765 47 33 connues; que ce soit le moteur à combus-
empaquarterly@empa.ch tion, dont on ne peut pas encore se passer
www.empaquarterly.ch dans certaines applications (p. 12), ou le trafic
PUBLICATION: ferroviaire, pour lequel ils développent une
Imprimé
publié quatre fois par an traverse ferroviaire qui permet aux trains de
myclimate.org/01-21-236805 rouler nettement plus silencieusement (p. 18).
ISSN 2673-1746
Empa Quarterly (édition française) Bonne lecture et bon début d’année!
28 24 Votre MICHAEL HAGMANN
2 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 3
[ LA PHOTO ]
APPRENDRE AUX CHAMPIGNONS À ÉCRIRE
Le bois échauffé est un matériau très recherché dans
l’industrie du meuble haut de gamme. Grâce à un
nouveau procédé, les scientifiques de l’Empa sous la
direction de Francis Schwarze ont réussi à contrôler
la propagation des champignons dans les essences
de bois indigènes pour créer des tableaux de bois
marbré très élaborés. Récemment, ils ont créé une
horloge d’un mètre de diamètre fabriquée en bois
de frêne, de hêtre et d’érable échauffé à l’aide du
champignon de pourriture à chair molle Kretzsch-
maria deusta. Ils ont même appris aux champignons
à écrire quelques mots: tout comme les élèves de
première année, le champignon est encore un peu
hésitant lorsqu’il s’agit d’écrire certaines lettres.
Plus d´informations ici:
www.empa.ch/web/s302/bio-wood
Photo: Empa
4 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 5
[ BRIÈVEMENT ]
L’APPLICATION PERMET DES
VISITES VIRTUELLES
C’est ainsi que fonctionne la «réalité augmentée» (RA): l’application
«co-operate AR» permet de découvrir virtuellement «co-operate», le nou-
veau campus de l’Empa et de l’Eawag à Dübendorf. Sur place, des points
d’ancrage ont été installés sur le sol, qui peuvent être ciblés à l’aide d’un
téléphone portable. Cela permet de visualiser des modèles virtuels des
bâtiments dans un environnement réel et de visualiser chaque étage. En
même temps, vous pouvez vérifier l’avancement de la construction dans la L’EMBARRAS DU CHOIX
AVANT-PROPOS Du diesel pour tout? C’est
réalité. L’application est disponible sur l’Apple Store et le Google Play Store. du passé. Aujourd’hui,
Dans le monde réel, une
excavation, mais le nou- les logisticiens de Migros
www.empa.ch/web/s604/co-operate-grundsteinlegung veau campus de l’Empa est
déjà visible virtuellement
peuvent choisir entre des
camions à hydrogène, au
QUEL CAMION POUR QUELLE TOURNÉE DE LIVRAISON?
sur l’application. biogaz ou électriques
Migros exploite 11 camions à hydrogène, 78 camions au biodiesel et au biogaz et 13 camions électriques. La
flotte doit encore être élargie, car la coopérative prévoit de réduire de 70% ses émissions de CO2 dans le tra-
fic routier d’ici 2030. Le logiciel «M Opex Towers» a été développé en collaboration avec l’Empa. Il évalue les
COLLABORATION DE RECHERCHE SUR LES BIOMATÉRIAUX DURABLES données de plus de 1000 itinéraires de transport différents de Migros, entre autres la distance de l’itinéraire,
les différences d’altitude sur le trajet, le poids du chargement ou la consommation de carburant. Ce trésor de
données permet de calculer quel type de propulsion de camion est le plus écologique pour quel trajet.
FORÊT DE RECHERCHE www.empa.ch/web/s504
L’Université de Colom-
bie-Britannique gère la
forêt de recherche Malcolm
Knapp, qui s’étend sur
5157 hectares près de
Vancouver.
UNE CHERCHEUSE DE L’EMPA CONSEILLE UN
RÉSEAU POUR UNE SANTÉ PERSONNALISÉE
Marija Buljan est le tout dernier membre du conseil consultatif du «Swiss Personalized Health
Network» (SPHN). Le Conseil d’administration a approuvé la nomination de ce scientifique, qui dirige
un groupe de recherche sur la «Science et Technologie des Matériaux» à l’Empa. Ses recherches
visent principalement à déchiffrer les signaux liés à la maladie que les cellules du corps utilisent
Avec la signature d’une déclaration de coopération, le BioProducts Institute de l’Université de Colombie britannique (BPI) et l’Empa pour activer le système immunitaire. Ces travaux sont particulièrement pertinents pour le déve-
célèbrent un nouveau partenariat visant à promouvoir l’innovation et la collaboration. Le BioProducts Institute, situé à Vancouver loppement de thérapies personnalisées contre le cancer. Le SPHN est une initiative de l’Académie
(Canada), travaille sur quatre thèmes de recherche qui peuvent être complémentaires aux activités de recherche de l’Empa: Suisse des Sciences Médicales et de l’Institut Suisse de Bioinformatique. L’objectif de cette initiative
Photos: Empa, Paul H. Joseph / UBC Brand & Marketing
1. la transformation biocatalytique et l’ingénierie de la biomasse, 2. les matériaux à base de bio-nanoparticules, 3. les polymères et les de recherche financée par le gouvernement fédéral est de promouvoir les échanges et la collabora-
matériaux en carbone biosourcés et 4. les systèmes de bioraffinage et de biocarburants. Avec ce nouvel accord de tion autour de la santé personnalisée. À cette fin, le SPHN veut utiliser le potentiel des données de
coopération, l’Empa et le BPI chercheront à partager les meilleures pratiques par l’échange de connaissances, santé. Pour les années 2021 à 2024, 67 millions de francs de fonds de recherche sont disponibles.
la participation conjointe à des réunions, forums et conférences scientifiques, l’accès réciproque aux infrastructures de
recherche et le développement de possibilités de financement bilatérales. SPÉCIALISTE EN www.empa.ch/web/s403
IMMUNOLOGIE
Photos: Empa, Migros
Marija Buljan fait de
www.empa.ch/web/s604/cooperation-bpi la recherche à l’Empa
sur les signaux des
cellules du corps.
6 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 7
[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ TUNNEL ]
PERCÉE À LAS VEGAS E
nviron 400 équipes d’étudiants du monde entier avaient collaborer avec des fabricants afin de
posé leur candidature; seules une douzaine d’entre elles se mettre à l’échelle des systèmes indivi-
sont qualifiées pour la «Not-A-Boring-Competition» à Las duels de notre «marmotte Alpha» pour
Vegas en septembre dernier: le concours de construction des machines qui existent déjà.
de tunnels que l’entrepreneur et promoteur de l’Hyperloop Valli: Les coûts et les infrastructures né-
Capsules à haute vitesse dans des tubes à vide: Dans le monde entier, Elon Musk avait lancé. Un jury d’experts a passé des jours à ins- cessaires deviendraient alors également
des entreprises et des chercheurs travaillent sur des concepts pecter la foreuse «Groundhog Alpha» (voir infobox); puis l’équipe beaucoup plus importants.
«Hyperloop». L’association d’étudiants «Swissloop Tunneling» déve- «Swissloop Tunneling» de l’ETH Zurich et d’autres universités s’est
loppe une machine de forage pour les tubes de transport souterrains. qualifiée pour la finale: la tentative de forer un tunnel de 30 mètres Mais vous restez fidèle à cette ambition?
de long et d’un demi-mètre de diamètre. Un test d’endurance pour Heller: Absolument! (Les deux rient.)
les personnes et le matériel, comme nous le racontent Eugenio Valli
Interview: Norbert Raabe et Lukas Heller de l’équipe de direction de l’association étudiante. Vous étiez récemment à l’importante
foire technologique «Gitex» à Dubaï
pour présenter votre concept. Quelles
ont été les réactions?
Valli: De nombreuses personnes sont
fascinées par la technologie Hyperloop,
Eugenio Valli, Lukas Heller, la deuxième Mais plus vous gagnez en expérience, notamment par les vitesses élevées
place à Las Vegas – était-ce une victoire plus les problèmes potentiels deviennent pouvant atteindre 1200 kilomètres par
ou une défaite? clairs. C’est pourquoi nous avons pris heure. Et une connexion entre Dubaï et
Lukas Heller: Pour nous, c’est une une résolution pour cette année: Nous Abu Dhabi : il y a beaucoup d’intérêt.
énorme victoire! Malheureusement, nous allons tester beaucoup, beaucoup, beau- Heller: Quelque chose se passe égale-
n’avons pas pu creuser dans le sol avec coup plus! ment en Suisse. Les CFF collaborent avec
notre foreuse lors de la finale … Heller: Nous avons appris énormément notre nouveau partenaire Eurotube, qui
de choses. Notre motivation actuelle est fait des recherches sur le développement
Quelle en était la raison? de pouvoir améliorer certaines choses. des tubes à vide, pour un tube de test à
Heller: Il y avait de nombreux facteurs. Collombey-Muraz en Valais.
Une tempête dans le désert a endomma- De nombreuses tâches qui doivent en-
gé la foreuse: divers systèmes, notam- core être résolues. Des tests de forage Vous avez récemment formé une
ment l’électronique, ont été endomma- réels sont-ils déjà prévus? alliance avec Eurotube et Swissloop
gés par la foudre et la pluie. Nous avons Heller: Nous avions déjà envisagé de pour faire progresser l’Hyperloop plus
également reçu des messages d’erreur faire un essai sur le chantier de l’Em- rapidement. Que prévoyez-vous concrè-
que nous n’avons pas pu corriger à pa, ici à Dübendorf, en été avant le tement?
temps: Lorsque nous étions sur le point concours. Mais il a ensuite plu abondam- Heller: Pour notre système de «revête-
de pouvoir commencer, le délai avait ment; c’était trop risqué pour nous. Mais ment», c’est-à-dire l’enveloppe du tunnel
expiré. cela doit se produire et se produira au avec impression 3D, Eurotube nous aide-
Eugenio Valli: Mais nous étions l’une des printemps; seul le lieu n’est pas encore ra avec des conseillers experts, car notre
deux seules équipes à avoir obtenu la défini. travail touche à ce domaine. Eurotube
permission de commencer … a également déjà beaucoup aidé notre
Heller: …et nous avons obtenu ce que D’après votre site web, vous avez non équipe dans la sélection des polymères
nous voulions. Nous avons voulu innover seulement les tunnels Hyperloop en pour l’impression.
et nous avons remporté le prix du sys- ligne de mire, mais aussi la construction
tème le plus innovant et celui du meilleur de tunnels conventionnels. Au lieu d’un Vous bénéficiez également de l’aide des
design. demi-mètre de diamètre, des échelles entreprises. Combien de partenaires
HAUTE TECHNOLOGIE
Photo: Swissloop Tunneling
Deux tonnes et demie de
bien plus grandes – une vision auda- avez-vous maintenant?
haute technologie à Las C’était la première compétition de ce cieuse … Valli: Environ 80. Certains aident finan-
Vegas : Transport du tunnelier type. Qu’en retirez-vous pour l’avenir? Heller: Exactement. Mais pour l’instant, cièrement, d’autres apportent surtout
«Groundhog Alpha» lors
du concours des «Digging Valli: Au début, vous imaginez que c’est le plus important pour nous est d’inno- leurs connaissances. Ou bien ils pro-
Dozen». presque trop facile de percer un tunnel. ver. À l’avenir, nous pourrions peut-être duisent même des systèmes pour
▲
8 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 9
[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ TUNNEL ]
LE «POD DE SIMON AMMANN»
Pour de nombreux contemporains, les tunnels Hyperloop semblent relever d’un
avenir lointain, voire de la science-fiction, mais des travaux en ce sens sont en cours
depuis longtemps dans de nombreux endroits, et pas seulement dans des univer-
sités comme l’ETH Zurich ou l’EPFL. Des entreprises comme Virgin Hyperloop aux
États-Unis et d’autres investissent depuis longtemps dans cette technologie, bien
que de nombreuses questions techniques restent encore sans réponse. L’argument Mi-juillet, des étudiants de l’ETH Zurich se sont rendus à Valence avec leur dernier pod développé à l’Empa pour
le plus important est la protection de l’environnement: flotter dans le vide pourrait discuter avec des chercheurs et des représentants de l’industrie d’une possible mise en œuvre du concept Hyperloop.
réduire considérablement la consommation d’énergie et les émissions de CO2.
Texte: Stephan Kälin
INTERVIEW DE JEUNES EXPERTS
Eugenio Valli (à gauche) étudie le génie mécanique à
l’EPF de Zurich et est président du comité de direction
de «Swissloop Tunneling». Auparavant, il était respon- «GROUNDHOG ALPHA»: UN TUNNELIER INNOVANT SWISSLOOP-POD
sable de la construction de la machine de forage en tant Le prototype de la perceuse portant le nom de la marmotte suisse En juillet 2021, lors
que «Head Mechanical». Cette tâche revient désormais de la cérémonie
à Lukas Heller, qui étudie la géotechnique / la construc-
a été créé à partir de l’été 2020 – pour le «Not-a-Boring-Competition».
de lancement, en
tion de tunnels à l’EPF. L’exigence: de nouvelles solutions pour accélérer la construction de tunnels compagnie de
pour les tubes de transport. «Swissloop Tunneling» se fixe l’objectif d’un l’éminent parrain du
nom, Simon Ammann
centimètre par seconde – grâce à de nouvelles idées. La machine produit (à droite).
nous, comme le mécanisme de contrôle elle-même la paroi du tunnel pendant le forage à l’aide d’une impri-
unique de la société Hagenbuch à Ebi- mante 3D intégrée: une couche de 15 millimètres
kon. Six vérins hydrauliques mobiles qui composée de deux polymères
permettent à la machine de se déplacer entourés
librement à l’avant ou de rétracter la
tête de forage – par exemple, lorsqu’elle
rencontre un obstacle dans le sol. de lamelles
protectrices en fibre de verre. Afin
Auriez-vous pu le faire sans partenaire? de naviguer avec précision et de pouvoir creuser
Valli: Non, pas dans ce court laps de des courbes si nécessaire, la tête de forage est montée sur six cylindres
temps. Quelque chose comme ça est hydrauliques mobiles. En outre, une «plate-forme de lancement» inclinée
vraiment d’une grande aide! élimine la nécessité d’une fosse d’excavation verticale, ce qui permet de
Heller: Et vous ne pouvez pas oublier gagner du temps. Le prototype mesure environ 7 mètres de long et pèse
l’Empa en tant que partenaire fonda- 2,5 tonnes. Outre l’ETH Zurich, l’Université de Saint-Gall et l’Université des
teur. Notre espace de travail dans les sciences appliquées de Zurich (ZHAW) participent à son développement.
locaux est inestimable, avec la grue dans
E
l’atelier. La machine de forage pèse deux
tonnes et demie – sans cela: aucune n 2013, Elon Musk, fondateur 2019 avec de nouveaux prototypes. En l’équipe n’a pas fait le voyage jusqu’en
chance! de Tesla et SpaceX, a présen- 2020, année du corona, l’événement Californie, mais a concouru avec d’autres
Valli: L’Empa est notre maison. Alors que «Groundhog Alpha» est toujours sur le chemin du retour à Dübendorf, té pour la première fois son a été annulé, et en 2021, le concours équipes européennes lors de la «Euro-
l’équipe commence à se préparer pour l’année à venir – avec l’arrivée d’une concept Hyperloop. Depuis «Not-a-Boring-Competition» a eu lieu pean Hyperloop Week» à Valence – avec
Et comment envisagez-vous l’avenir trentaine d’étudiants. L’accent sera mis sur les parties particulièrement im- lors, des équipes d’étudiants pour la première fois à la place. Néan- un grand succès: le jury d’experts a
après la première année? portantes de la machine. Par exemple, sur le segment «revêtement», qui pro- du monde entier se sont affrontées moins, Swissloop continue à se consa- récompensé Swissloop avec quatre des
Heller: Nous avons deux objectifs. Bien duit la paroi du tunnel pendant le creusement par impression 3D à partir de lors des «Hyperloop Pod Competitions» crer au développement de véhicules. cinq prix techniques. L’équipe travaille
sûr, la vision passionnante, la techno- polymères, lesquels enveloppent à leur tour des feuilles de fibre de verre ré- annuelles afin de mettre au point des actuellement sur un nouveau prototype
logie et l’innovation. Mais ce qui nous sistantes à la déchirure. Les concepteurs veulent retravailler cette véhicules à grande vitesse – appelés À la mi-2021, l’équipe de l’ETH Zurich pour 2022, date à laquelle la prochaine
tient tout autant à cœur, c’est de faire nouvelle technologie pour qu’elle fonctionne de manière fiable. ■ pods ou capsules en français – pour a présenté le dernier prototype. Fidèle compétition aura lieu à Delft. ■
Photos: Swissloop Tunneling
sortir les brillants esprits de l’ETH Zurich voyager dans des tubes sous vide. à son homonyme «Simon Ammann»,
des cours et de leur donner un lieu de la capsule a la capacité de flotter – et
Photos: Swissloop
travail, afin qu’ils puissent se salir les mains Parmi les participants qui ont réussi, on peut ainsi réduire considérablement
et produire quelque chose de A à Z. Plus d´informations ici: compte des équipes de l’ETH Zurich, qui les pertes par frottement. Toutefois,
https://swisslooptunneling.ch ont participé chaque année jusqu’en contrairement aux années précédentes, Plus d´informations ici: https://swissloop.ch
10 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 11
[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ MOTEUR ]
LE MOTEUR À COMBUSTION INTERNE
Une icône bien-aimée de la mobilité. Com-
bien de temps l’aurons-nous encore?
Émissions de gaz à effet de serre
des différents moyens de transport
Émissions directes par le véhicule
Production de carburant
Fabrication et entretien
Route/rail
par kilomètre et par personne
0.2
SCCER Mobility White Paper – March 2021 (www.sccer-mobility.ch)
0.1
0
Sc /h)
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[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ MOTOEUR ]
RECHERCHE ACTUELLE de carburant), un mélange «pauvre» (avec un
excédent d’air) et un mélange «lambda un» (mé-
du nouveau design du Comprex, aussi bien en
démarrage à froid qu’en fonctionnement à chaud
l’optimisation. Par exemple, la charge des
moteurs à essence peut être réglée sans clapet
SUR LE MOTEUR À COMBUSTION INTERNE
thane et oxygène dans un rapport de combustion et en dynamique. Contrairement à son équivalent d’étranglement et d’un cycle à l’autre, la pleine
approprié). Cela correspond à un camion qui doit turbo, le moteur fournit un couple extrêmement charge peut être optimisée et le moteur peut être
monter ou descendre une côte à vitesse constante. élevé pratiquement dès le régime de ralenti, ce adapté à différents carburants «par logiciel».
qui améliore d’une part l’aptitude à la conduite et
MESURE DES GAZ D’ÉCHAPPEMENT DEPUIS défectueux dans le trafic fluide, de faire vérifier les Un essai sur modèle a permis d’étudier les permet, en combinaison avec le fonctionnement L’Empa a mis en place la commande des sou-
LE BORD DE LA ROUTE valeurs des gaz d’échappement en laboratoire et processus chimiques qui doivent avoir lieu dans Miller et une adaptation du rapport de transmis- papes sur un moteur à allumage commandé et
Les émissions en conditions réelles de conduite d’exiger du propriétaire d’éventuelles réparations. le catalyseur pour que le méthane non brûlé soit sion, de réaliser des économies de carburant. explore maintenant les possibilités offertes par
peuvent être mesurées à l’aide d’une technique détruit dans la plus grande mesure possible – et cette nouvelle technologie. Une variante de la
appelée télédétection. Le système de mesure saisit PARTICULES DE SUIE PROVENANT DE ne produise pas d’effet de serre indésirable. Il Parallèlement, le catalyseur chauffe six fois plus commande de charge est la désactivation des
sans contact les concentrations de polluants dans CARBURANTS NON FOSSILES a ainsi été possible de proposer un concept de vite qu’avec un moteur turbo, ce qui garantit de cylindres. Cela signifie que certains cylindres
les gaz d’échappement des véhicules qui passent. Pour réduire les gaz à effet de serre, les moteurs catalyseur qui réduit considérablement les émis- meilleures valeurs d’émission. Enfin, le Com fonctionnent à charge élevée dans la plage de
Lors d’une mesure, les véhicules traversent une à combustion pourraient à l’avenir fonctionner sions de méthane. Il est ainsi possible pour les prex permet un freinage moteur important – le charge partielle, d’autres sont en même temps
barrière lumineuse générée par des sources avec des biocarburants comme l’huile végétale moteurs à gaz de satisfaire aux normes d’émis- conducteur d’un véhicule utilitaire devrait utiliser complètement désactivés en laissant toutes les
ou des synfuels comme le polyoxyméthylène sion prévues pour la prochaine étape (Euro-7). beaucoup moins souvent les freins mécaniques. soupapes fermées. Le passage soudain du fonc-
diméthyléther (OME). L’OME peut par exemple tionnement avec tous les cylindres au fonction-
être produit à partir d’hydrogène vert et de CO2 COMPRESSEUR COMPREX POUR nement avec des cylindres désactivés entraînerait
de l’air. Il peut être utilisé dans les moteurs à MOTEURS À GAZ toutefois des pics de couple indésirables, de sorte
allumage par compression (moteurs diesel). Le compresseur Comprex est, comme le turbocom- que la transition doit être réalisée en douceur.
presseur, une invention suisse. Le Comprex utilise Dans les systèmes actuellement sur le marché
Mais jusqu’à présent, on ne sait pas quelles MOTEURS À GAZ SANS ÉMISSION DE MÉTHANE des ondes de pression en contact direct entre les sans commandes de soupapes entièrement
particules de suie sont produites par ces Le méthane peut lui aussi être produit à partir gaz d’échappement et l’air frais pour la suralimen- variables, de telles déconnexions de cylindres
d’ultraviolets et d’infrarouges. L’absorption de la carburants alternatifs et de quelle manière d’hydrogène vert et de CO2 de l’air et convient tation, alors qu’un turbocompresseur couple deux sont déclenchées par des interventions d’allu-
lumière de différentes longueurs d’onde permet on peut les éliminer des gaz d’échappement. donc comme synfuel climatiquement neutre pour machines fluidiques (turbine et compresseur). mage qui réduisent fortement l’efficacité. Avec la
de déterminer la concentration de polluants à Dans le laboratoire de l’ETH Zurich, un moteur les camions pour le transport longue distance. commande de soupapes entièrement variable de
l’aide d’un spectromètre. Le système de mesure monocylindre a été utilisé avec de l’huile Mais il y a un problème: le méthane non Dans les années 1980, les surcompresseurs DOUZE TEMPS AU LIEU DE QUATRE l’Empa, il est en revanche possible de désacti-
est donc fixe sur place et attend les émissions végétale et de l’OME, ainsi qu’avec différents brûlé s’oxyde difficilement dans un catalyseur. Comprex ont été utilisés dans les voitures de Ces dernières années, l’Empa a développé une ver certains cylindres sans perte d’efficacité.
des véhicules qui passent pour déterminer les mélanges de carburants. L’Empa a collecté la Il se glisse alors dans l’atmosphère par le tuyau tourisme diesel d’Opel et de Mazda. Mais le commande de soupapes électrohydraulique
émissions réelles dans les conditions qui prévalent suie produite dans des filtres à particules et a d’échappement et provoque un effet de serre qui, compresseur présentait des inconvénients: entièrement variable appelée FlexWork, qui Tout comme la désactivation complète de
instantanément à l’endroit de la mesure. brûlé le filtre dans des conditions contrôlées. selon les considérations, est 30 à 80 fois plus lors du démarrage à froid du moteur, la mise peut être utilisée pour les moteurs à combustion cylindres, il est également possible de les allumer
en place du processus d’onde de pression et autres machines thermiques/pneumatiques. moins souvent. Ainsi, un fonctionnement à
était difficile et les effets liés à la température Entièrement variable signifie que la levée des quatre temps devient un fonctionnement à
lors des changements de charge entraînaient soupapes ainsi que le moment de l’ouverture huit ou douze temps. Comparé à un moteur à
des problèmes d’émissions et d’efficacité. et de la fermeture peuvent être réglés libre- quatre temps étranglé, un tel moteur fonctionne
ment, et ce même d’un cycle à l’autre. Utilisée de manière nettement plus efficace. ■
Entre-temps, les ingénieurs de l’entreprise suisse sur un moteur à combustion, cette flexibilité
Antrova AG ont perfectionné le compresseur totale offre de nouveaux degrés de liberté pour Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s504
Comprex: Soutenu par un moteur électrique,
il fonctionne sans problème dans toutes les
conditions et un nouveau design de ce que l’on
appelle le rotor cellulaire résout complètement
les difficultés rencontrées auparavant lors des
changements de température. Les chercheurs
Photos: iStockphoto, Empa
En collaboration avec l’Office fédéral des routes Résultat: l’OME a produit beaucoup moins important que celui du CO2. Le gain écologique de l’Empa, en collaboration avec un construc-
(OFROU), l’Empa a évalué deux appareils de me- de particules de suie, mais celles-ci étaient des camions fonctionnant au méthane serait teur de véhicules utilitaires et le fabricant du
sure qui sont déjà sur le marché. L’objectif à long difficilement inflammables et ne pouvaient donc réduit. L’Empa a entrepris des tests au banc Comprex, ont construit un moteur à gaz naturel
Photos: Empa
terme est de détecter les véhicules dont le système donc être éliminées du filtre à particules d’essai avec des moteurs de camions fonction- équipé d’un tel compresseur «Comprex 2.0» et
d’échappement ou la commande du moteur sont qu’à une température plus élevée. nant avec un mélange «riche» (avec un excédent ont pu démontrer le très bon fonctionnement
14 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 15
[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ AVION ]
AVIS D’EXPERT composants, dans les mesures d’ima- sont surtout sollicitées par la pression UTILISATION
Silvain Michel et Erwin Hack
gerie thermique et dans la surveillance de la cabine, qui s’accumule à chaque Le résultat du projet est un petit module
(à droite) examinent le panneau
de fuselage d’un Airbus A350. au moyen de jauges de contrainte et vol et se relâche à chaque atterrissage. composé de composants courants et
de réseaux optiques de Bragg. Toutes peu coûteux, qui comporte en même
ces méthodes devaient être utilisées Mais le coronavirus est arrivé. Les temps quatre méthodes de surveillance:
simultanément sur les pièces de l’avion. équipes de chercheurs de Chesterfield les mesures de déformation avec des
Et d’autre part, l’Empa dispose de ma- et de Liverpool, d’Ulm et de Düben- jauges et des capteurs de Bragg, la
chines dans lesquelles les pièces peuvent dorf ne pouvaient plus se rencontrer surveillance optique et l’analyse du stress
être serrées et fléchies de manière ciblée ni se rendre auprès de leurs cobayes, thermoélastique. Les données des cap-
des milliers de fois d’affilée. Erwin Hack qui se trouvaient dans les laboratoires teurs sont collectées dans un miniordi-
a développé sa stratégie de test en colla- de Dübendorf, Toulouse et Filton. Les nateur et peuvent être lues à distance.
boration avec Silvain Michel du départe- chercheurs ont résolu le problème en
ment «Mechanical Systems Engineering» développant un système de commu- Dans un premier temps, le module n’est
de l’Empa. Airbus a livré de Filton/ nication spécial pour les mécaniciens, pas encore autorisé à voler dans des
UK le segment d’aile d’environ sept composé d’une caméra pour casque, avions, mais doit prouver ses capacités
mètres de long d’un Airbus A320-111 d’écouteurs et d’un microphone. Ainsi lors de tests structurels dans les labo-
endommagé lors d’un crash en 1988.
DIAGNOSTIC EN VOL
QUATRE MÉTHODES À LA FOIS
En novembre 2019, la partie de l’aile
était fixée et serrée à l’Empa et les
examens pouvaient commencer. L’aile a
été fléchie 70 000 fois à l’aide de presses
hydrauliques, tandis que les chercheurs
En collaboration avec des équipes anglaises et allemandes, des chercheurs de l’Empa ont mis au point
collectaient des données et analysaient
un système de surveillance des composants des avions. A l’avenir, les petits dommages pourraient
les résultats. Comme prévu, les essais de
être détectés et surveillés pendant le vol, sans que l’avion doive rentrer au hangar pour
flexion ont agrandi les points de rupture
l’entretien. Cela permettrait de réduire les coûts d’exploitation tout en améliorant la sécurité.
que l’aile avait subis lors du crash et
Texte: Rainer Klose ont entraîné de nouvelles fissures.
L
Les chercheurs ont «senti» l’état général
es cabines pressurisées des l’avion et surveiller de manière ciblée problématique était passionnante: avec de l’aile à l’aide de jauges de contrainte
avions de ligne, tout comme les dommages qui se produisent? Dans des composants aussi robustes et bon et de capteurs de Bragg à fibres op- MESURE DES CAPTEURS
Des jauges de contrainte et
leurs ailes et leur empennage, le cadre d’un projet européen appelé marché que possible, les chercheurs tiques. Ils ont observé l’environnement des réseaux optiques de Bragg
sont inspectées à intervalles DIMES («Development of Integrated devaient observer l’aile métallique d’un proche du dommage avec des caméras surveillent les dommages lors
des essais de flexion.
réguliers pour détecter les Measurement Systems»), un consor- Airbus A320 et les matériaux compo- et des caméras infrarouges – car les
fissures et les dommages. Tous les six tium de recherche international s’est sites à base de fibres de carbone dans le tests de flexion génèrent de la cha-
à dix ans, chaque jet doit passer un penché sur cette question. Les par- panneau de la cabine d’un Airbus A350. leur dans la partie endommagée de équipé, un spécialiste de Toulouse a ratoires de développement d’Airbus.
à deux mois dans un hangar pour le tenaires du projet sont, outre l’Empa «Les capteurs devaient à la fin répondre l’aile. Là où la chaleur est générée, il pu monter le module dans la structure Une fois que la technologie aura été
«D-Check». Là, il est en grande partie Airbus, l’Université de Liverpool, les à plusieurs questions: Y a-t-il un dom- s’agit d’être particulièrement attentif. du cockpit – guidé à distance par des perfectionnée, elle pourrait jouer un rôle
démonté, même la peinture est enlevée. entreprises «Strain Solutions Limited» mage? Où se trouve le dommage? experts d’Angleterre, d’Allemagne et de décisif dans l’amélioration de la sécuri-
Si l’on ajoute à cela le temps de vol de Grande-Bretagne et «Dantec Dy- Quelle est la nature du dommage? TÂCHE SUPPLÉMENTAIRE l’Empa. La méthode a si bien fonc- té des avions et dans la réduction des
perdu, un tel D-Check peut facilement namics GmbH» d’Allemagne. Quelle est la gravité du dommage et L’étape suivante consistait à adapter les tionné qu’un laboratoire de recherche coûts de maintenance. Grâce à cette
coûter plusieurs millions de francs. quelle est la durée de vie de la pièce?» méthodes d’analyse de l’aile métallique aéronautique d’Ottawa, au Canada, a surveillance structurelle, la prochaine
Y a-t’il quelque chose? «En février 2018, aux structures en fibre de carbone d’un finalement été intégré au projet. Une génération d’avions pourrait également
Ne pourrait-on pas faire plus simple? nous avons répondu à l’appel d’offres Le consortium a obtenu le mandat avion : Chez Airbus à Toulouse, le cock- aile d’avion y a été équipée du module être plus légère et donc plus économe
Ne pourrait-on pas surveiller en per- lancé dans le cadre du programme et l’Empa n’y a pas joué un rôle né- pit d’un Airbus était prêt, et l’Empa a de surveillance, sans qu’un seul vol en carburant qu’aujourd’hui. ■
Photos: Empa
manence, c’est-à-dire pendant le vol, ‹Clean Sky 2› de l’UE», explique Erwin gligeable: d’une part, Erwin Hack est reçu des panneaux de fuselage d’un Air- longue distance ne soit nécessaire pour
les parties sollicitées de la structure de Hack, chef de projet à l’Empa. La spécialisé dans la surveillance optique des bus A350 de Hambourg. Les deux pièces atteindre l’objet de recherche du projet. Plus d´informations ici: www.integratedtesting.org
16 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 17
[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ TRAIN ]
RAILS SILENCIEUX
de Lausanne, misent sur un élément
discret du système ferroviaire: les «rail
pads» en plastique élastique, qui sont
insérés entre les rails et les traverses
en béton. Ils servent à protéger les
voies très sollicitées, composées de
Pour réduire le bruit ferroviaire pour les résidents, il n’y a pas que les murs antibruit ballast compacté et de traverses en
ou les systèmes de roues et de freins plus silencieux qui conviennent. Un élé- béton, en permettant aux rails de
ment discret sous les voies est une source d’espoir pour un trafic ferroviaire plus bouger de façon minimale – comme
silencieux pour une équipe de recherche avec la participation de l’Empa. une corde de guitare que l’on presse
SIMULATION ET MATÉRIEL
sur la touche en plusieurs points à la Le graphique de gauche montre un zoom sur la déformation du rail
Texte: Norbert Raabe fois. Mais c’est précisément cette ab- sur les traverses en béton. A droite : Les Rail Pads gris et élastiques
protègent les traverses contre les charges élevées.
sence de vibrations qui rend le «bruit»
du rail plus fort – et ce bruit est le
facteur décisif à des vitesses fréquentes L’interaction complexe entre les rails, TESTS SUR DES PARCOURS RÉELS
comprises entre 60 et 160 km/heure. les traverses et le ballast a été simulée Une structure simple, donc – avec des
par une «cellule à trois traverses»: un avantages pour les tests qui auront
UN MATÉRIAU COMPOSITE SUR MESURE morceau de rail d’un peu moins de deux lieu sur une ligne ferroviaire à Nottwil
En Suisse, les coussinets de rail sont mètres de long, équipé d’un «shaker» qui à partir de mars prochain. «Ces cous-
généralement fabriqués en plastique génère des fréquences définies et d’une sinets de rail sont faciles à fabriquer.
dur, l’éthylène-acétate de vinyle sonde qui mesure l’intensité sonore. Bien Nous en aurons besoin de près de 400
(EVA). Il est vrai qu’un matériau plus que cette cellule de mesure ne repro- sur la piste de 100 mètres», explique
souple protégerait encore mieux la duise pas le comportement réel d’une Bart van Damme. C’est pourquoi
voie – mais au prix d’une pollution voie ferrée, elle permet des comparai- une entreprise est chargée de fabri-
sonore plus élevée. Un dilemme que sons précises dans différentes conditions. quer les composants déjà brevetés.
l’équipe mandatée par l’Office fédé-
ral de l’environnement (OFEV) veut Parallèlement, les chercheurs dirigés Les mesures du bruit, des vibrations,
résoudre avec un matériau composite. par Bart van Damme du laboratoire des déformations et d’autres carac-
L’idée: coquille dure, noyau mou. Plus «Acoustics/Noise Control» de téristiques montreront comment les
précisément: une coque en EVA et un l’Empa ont développé une simulation semelles de rail se comportent. «Nous
noyau en polyisobutylène (PIB), un du système à l’aide de la méthode des espérons qu’elles seront moins bruyantes
matériau souple, dont l’amortissement éléments finis qui correspondait bien et qu’elles protégeront le ballast mieux
est précisément adapté à la gamme aux résultats des expériences: la base que les couches intermédiaires dures
de fréquences allant d’environ 200 à pour finalement extrapoler le compor- classiques», explique Bart van Damme.
2 000 hertz, dans laquelle les vibra- tement à une voie ferrée plus longue.
tions sont particulièrement bruyantes. En tout cas, l’optimisme règne au sein
Avec ces outils de travail, les chercheurs de l’équipe de recherche. «Les modèles
BRUIT DE FOND
La densité du réseau ferroviaire Un territoire inexploré, en d’autres ont examiné de près la conception développés dans le cadre du projet per-
suisse est source de nuisances
en de nombreux endroits. termes. C’est pourquoi les experts ont de leurs coussinets de rail. Résultats: mettent d’optimiser de manière ciblée
conçu des dizaines de variantes: des Selon Bart van Damme, les structures des exigences parfois contradictoires»,
L
structures sandwich composées de en sandwich, qui peuvent être facile- explique le chef du département de
e bruit du chemin de fer est sonores d’ici 2025 – mais comme le couches plates – avec et sans «cou- ment pliées grâce à des encoches, ne l’Empa Jean-Marc Wunderli. Et: «Comme
malsain. Des centaines de trafic ferroviaire va continuer à augmen- vercle» en EVA. Des remplissages de convenaient pas pour protéger le lit aucun surcoût important n’est prévu
millions de francs ont déjà été ter, il reste encore beaucoup à faire. PIB en forme de zigzag, des surfaces de la voie et réduire le bruit en même pour la production des couches intermé-
investis dans des parois an- avec des incisions et toutes sortes temps. Le remplissage en zigzag en PIB diaires, j’espère qu’elles seront utilisées à
tibruit, des systèmes de freinage Pour réduire encore l’impact, les cher- d’autres choses. Mais pour décou- n’a pas non plus apporté d’avantages. grande échelle et qu’elles contribueront
Photo: iStockphoto
Photos: HEIG-VD
plus silencieux et d’autres mesures cheurs de l’Empa et de la Haute école vrir en laboratoire l’effet de chaque La meilleure solution s’est avérée être ainsi de manière significative à la
visant à protéger au moins 80 % de la d’économie et d’ingénierie du canton type de construction, un travail pré- un PIB de plus de 50 %, inséré dans une réduction du bruit ferroviaire.» ■
population suisse contre les émissions de Vaud, sous la direction de l’EPF liminaire élaboré a été nécessaire. «coque» en plastique EVA plus dur. Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s509
18 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 19[ FOCUS: LES TRANSPORTS DE DEMAIN ] [ MEDTECH ]
QUEL EST L’INTÉRÊT DE LA VITESSE 30
EN VILLE? LE PANSEMENT INTELLIGENT
Kurt Heutschi, scientifique au sein du département «Acoustique/réduction du bruit» de
l’Empa, explique ce qu’est le bruit et pourquoi nous percevons le son de manière si différente.
QUI LIBÈRE UN AGENT
ANTIMICROBIEN
Interview: Radka Laubacher, Radio SRF1 pour l’émission «Forum»
Monsieur Heutschi, peut-on vraiment
mesurer le bruit?
Le bruit est un son indésirable. Dans Un bandage qui libère des médicaments dès qu’une infection se déclare dans une plaie pourrait
ce contexte, indésirable signifie que le permettre de traiter les blessures plus efficacement. Les chercheurs de l’Empa
fait qu’un signal sonore soit du bruit travaillent actuellement sur des fibres polymères qui se ramollissent dès que l’environnement
ou non dépend du jugement d’une se réchauffe en raison d’une infection, libérant ainsi un agent antimicrobien.
personne. Un instrument de mesure ne
peut pas faire cette distinction, c’est-à- Texte: Andrea Six
dire que le bruit n’est pas mesurable.
Nous percevons une scie circulaire comme
une nuisance, alors qu’un ruisseau
bruyant est agréable. Comment cela se BRUIT ARTIFICIEL
fait-il? Dans l’«AuraLab» de l’Empa, une participante évalue sa perception des bruits de roulement du train.
Lors de l’évaluation des bruits, l’homme
a tendance à percevoir les bruits naturels nous pouvons l’accepter beaucoup plus par le fait que le véhicule le plus lent est
comme moins gênants, voire comme facilement. Mais là où notre acceptation certes nettement moins bruyant, mais
agréables et enrichissants. Les bruits s’arrête rapidement, c’est chez les poseurs, qu’il met aussi plus de temps à passer.
techniques ont tendance à être considérés c’est-à-dire lorsque les voitures sont
comme plus désagréables. La scie circulaire délibérément extra-sophistiquées. Cela Percevons-nous le bruit différemment
est particulièrement extrême, car son bruit ne répond pas à un besoin de mobilité, le jour et la nuit?
contient un son très distinct, c’est-à-dire mais à des passions personnelles. La réduction de 5 dB du niveau maxi-
une fréquence sonore particulière et mal joue surtout un rôle la nuit, car une
dominante. Le bruit de la rue est plutôt Qu’en est-il, à cet égard, de la vitesse de éventuelle perturbation du sommeil dépend
un bruit de fond, donc, à intensité sonore 30 km/h par rapport à celle de 50 km/h? justement du niveau maximal. Pendant la
égale, moins gênant que la scie circulaire. Cela dépend du type de véhicule, c’est-à- journée, lorsque de nombreux véhicules
Il est intéressant de noter que l’attitude dire voiture, camionnette ou camion, et circulent, un niveau sonore constant se
personnelle a également une influence sur le mode de conduite joue également un forme – on pourrait appeler cela un tapis
l’évaluation. Si je bénéfice par exemple rôle. Mais en moyenne, une voiture de sonore. A 30 km/h, ce tapis sonore est
du rendement d’une éolienne, le bruit tourisme émet environ 5 dB de moins à inférieur de 3 dB à celui de 50 km/h. C’est
me dérange beaucoup moins, puisqu’il 30 km/h qu’à 50 km/h, comme on peut une amélioration sensible, mais qui est
signale que je gagne de l’argent. le constater en comparant les niveaux loin d’être aussi nette que la nuit. Bien
maximaux, c’est-à-dire lorsque le véhicule entendu, une zone 30 n’a d’effet que
NANOFIBRES
Le bruit de la circulation est-il mieux passe à la distance la plus courte. Mais si tout le monde respecte la limite de Les nanofibres
accepté dans une ville? si nous considérons la quantité totale de vitesse. Il suffit de quelques conducteurs sont visibles à
un grossissement
Mon estimation est que nous avons bruit pendant qu’un véhicule passe devant rapides pour générer des pics de de 6000 fois.
accepté dans la société que notre besoin nous – ou devant un riverain – le bruit ne bruit importants et très gênants. ■ Elles libèrent un
Photo: Empa
Photo: Empa
agent antimicro-
de mobilité entraîne du bruit. Si nous avons diminue plus que de 3 dB environ avec bien lorsqu’elles
le sentiment que le bruit ne peut être évité, une vitesse de 30 km/h. Cela s’explique Plus d´informations ici: www.empa.ch/web/s509 ont trop chaud.
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20 I EMPA QUARTERLY II Décembre 2021 II # 74 # 74 II Décembre 2021 II EMPA QUARTERLY I 21Vous pouvez aussi lire
